도립 진자 시스템은 움직이는 카트에 가늘고 긴 막대기가 연결되어 보통의 진자와 같이 아래를 향하고 안정적인 것에 반하여 수직으로 서기 위해 능동적으로 균형을 잡아야 하며 피드백 시스템을 사용하여 수평으로 카트를 움직여야 한다는 특징을 가지고 있다. 도립 진자 시스템은 마치 사람이 손바닥 위에 막대를 세우는 경우와 유사한데 이 경우 사람의 손에 해당하는 것이 카트이다. 막대를 세우기 위해 좌우로 움직이는 손의 힘은 DC motor로 볼 수 있으며, 막대의 움직임을 관찰하는 눈은 ...
도립 진자 시스템은 움직이는 카트에 가늘고 긴 막대기가 연결되어 보통의 진자와 같이 아래를 향하고 안정적인 것에 반하여 수직으로 서기 위해 능동적으로 균형을 잡아야 하며 피드백 시스템을 사용하여 수평으로 카트를 움직여야 한다는 특징을 가지고 있다. 도립 진자 시스템은 마치 사람이 손바닥 위에 막대를 세우는 경우와 유사한데 이 경우 사람의 손에 해당하는 것이 카트이다. 막대를 세우기 위해 좌우로 움직이는 손의 힘은 DC motor로 볼 수 있으며, 막대의 움직임을 관찰하는 눈은 각도 센서(Potentiometer)에 해당한다. 그리고 이 정보는 뇌에 해당하는 컴퓨터로 전송되어 도립 진자 시스템이 제어된다. Potentiometer, Motion Controller를 포함한 컴퓨터와 컴퓨터 프로그램을 제어기라 하며 제어기 이외의 실험 장치는 도립 진자 시스템이라 불린다. 본 논문에서는 크게 이론적인 부분과 실험적인 부분으로 나누어 진행하였다. 우선, 이론적인 부분에 있어서는 Inverted Pendulum의 각 부분을 구성을 살펴보고, Matlab/Simulink를 이용하여 Inverted Pendulum의 수학적 모델링 및 제어기 설계를 해보았다. 이를 바탕으로 실험적인 부분에서는 LabVIEW를 이용하여 실제적인 Inverted Pendulum을 구현하고 이를 실험적으로 검증하여 보았다. 실험 단계에 있어서 Motion Board를 사용해서 구현을 시도해 보았고, PDgain값에 따라 Inverted Pendulum의 운동을 직접 확인 할 수 있었다. 그러나 몇가지 문제로 인해 DAQ Board를 추가하여 Motion Board를 사용하였을 경우의 몇가지 문제점을 해결하였다. 또한 System Identification Toolkit, Control Design Toolkit, Simulation Module를 사용하여 Motor Identification, Sero기능 향상을 위한 제어기 설계, 그리고 설계한 제어기를 사용한 Simulation하는 기능을 추가 하였다. 도립진자 시스템에는 카트형, 로터리형등 여러 가지 종류가 있다. 본 연구에서는 Motor와 카트가 결합되어 Pole을 제어하는 카트형의 Rack & Pinion Inverted Pendulum System을 구현하여 보았다. 그리고 pole을 수직으로 한 채 카트의 위치를 제어하는 로직을 설계하고 이를 실험적으로 검증하고자 한다.
도립 진자 시스템은 움직이는 카트에 가늘고 긴 막대기가 연결되어 보통의 진자와 같이 아래를 향하고 안정적인 것에 반하여 수직으로 서기 위해 능동적으로 균형을 잡아야 하며 피드백 시스템을 사용하여 수평으로 카트를 움직여야 한다는 특징을 가지고 있다. 도립 진자 시스템은 마치 사람이 손바닥 위에 막대를 세우는 경우와 유사한데 이 경우 사람의 손에 해당하는 것이 카트이다. 막대를 세우기 위해 좌우로 움직이는 손의 힘은 DC motor로 볼 수 있으며, 막대의 움직임을 관찰하는 눈은 각도 센서(Potentiometer)에 해당한다. 그리고 이 정보는 뇌에 해당하는 컴퓨터로 전송되어 도립 진자 시스템이 제어된다. Potentiometer, Motion Controller를 포함한 컴퓨터와 컴퓨터 프로그램을 제어기라 하며 제어기 이외의 실험 장치는 도립 진자 시스템이라 불린다. 본 논문에서는 크게 이론적인 부분과 실험적인 부분으로 나누어 진행하였다. 우선, 이론적인 부분에 있어서는 Inverted Pendulum의 각 부분을 구성을 살펴보고, Matlab/Simulink를 이용하여 Inverted Pendulum의 수학적 모델링 및 제어기 설계를 해보았다. 이를 바탕으로 실험적인 부분에서는 LabVIEW를 이용하여 실제적인 Inverted Pendulum을 구현하고 이를 실험적으로 검증하여 보았다. 실험 단계에 있어서 Motion Board를 사용해서 구현을 시도해 보았고, PDgain값에 따라 Inverted Pendulum의 운동을 직접 확인 할 수 있었다. 그러나 몇가지 문제로 인해 DAQ Board를 추가하여 Motion Board를 사용하였을 경우의 몇가지 문제점을 해결하였다. 또한 System Identification Toolkit, Control Design Toolkit, Simulation Module를 사용하여 Motor Identification, Sero기능 향상을 위한 제어기 설계, 그리고 설계한 제어기를 사용한 Simulation하는 기능을 추가 하였다. 도립진자 시스템에는 카트형, 로터리형등 여러 가지 종류가 있다. 본 연구에서는 Motor와 카트가 결합되어 Pole을 제어하는 카트형의 Rack & Pinion Inverted Pendulum System을 구현하여 보았다. 그리고 pole을 수직으로 한 채 카트의 위치를 제어하는 로직을 설계하고 이를 실험적으로 검증하고자 한다.
Inverted pendulum system, which has a long and thin bar combined with cart, has special characteristics that are a non-minimum phase and unstable naturally. It has to maintain pole’s state vertically and to balance that actively using a feedback controller in such a way of moving the cart horizontal...
Inverted pendulum system, which has a long and thin bar combined with cart, has special characteristics that are a non-minimum phase and unstable naturally. It has to maintain pole’s state vertically and to balance that actively using a feedback controller in such a way of moving the cart horizontally in opposite to ordinary pendulum faced to down stably. Inverted Pendulum System is similar to a system that maintains vertically one’s palm of the hand, in that the hand is same as cart. The force to maintain the hand vertically is same as DC motor, the eye of observing the movement of the bar is a potentiometer. This information of the bar movement is transferred to the computer whose role is a brain of inverted pendulum to be controlled. The system with potentiometer, Motion Controller included in computer and computer program called controller logic, except on these, is called the inverted pendulum system to be considered. This thesis is divided into two parts: theoretical part and experimental part. First, in the theoretical part, the following is included: understanding each part of the inverted pendulum systems, designing a controller by using Matlab/Simulink mathematical model of the inverted pendulum, based on the knowledge of parts of the inverted pendulum. Once the theoretical part is completed, the experimental test equipment of the inverted pendulum is made using NI hardware and LabVIEW. In the experiment, I used Motion board developed by NI. In the test process, I could confirm that the inverted pendulum is able to be controlled by proper selection of PID gains. But to solve some problems I faced in that experiment, I used additional DAQ board for motor control. Also, I could use some toolkits such as System Identification toolkit, Control Design toolkit and Simulation module. There are many types of inverted pendulum system such as cart types and rotary types. In this thesis I built a cart type of inverted pendulum, called Rack & Pinion Inverted Pendulum System. In this thesis, I attempted to validate the efficiency of the Ni and LabVIEW tool to stabilize this type of inverted pendulum in the experiment test.
Inverted pendulum system, which has a long and thin bar combined with cart, has special characteristics that are a non-minimum phase and unstable naturally. It has to maintain pole’s state vertically and to balance that actively using a feedback controller in such a way of moving the cart horizontally in opposite to ordinary pendulum faced to down stably. Inverted Pendulum System is similar to a system that maintains vertically one’s palm of the hand, in that the hand is same as cart. The force to maintain the hand vertically is same as DC motor, the eye of observing the movement of the bar is a potentiometer. This information of the bar movement is transferred to the computer whose role is a brain of inverted pendulum to be controlled. The system with potentiometer, Motion Controller included in computer and computer program called controller logic, except on these, is called the inverted pendulum system to be considered. This thesis is divided into two parts: theoretical part and experimental part. First, in the theoretical part, the following is included: understanding each part of the inverted pendulum systems, designing a controller by using Matlab/Simulink mathematical model of the inverted pendulum, based on the knowledge of parts of the inverted pendulum. Once the theoretical part is completed, the experimental test equipment of the inverted pendulum is made using NI hardware and LabVIEW. In the experiment, I used Motion board developed by NI. In the test process, I could confirm that the inverted pendulum is able to be controlled by proper selection of PID gains. But to solve some problems I faced in that experiment, I used additional DAQ board for motor control. Also, I could use some toolkits such as System Identification toolkit, Control Design toolkit and Simulation module. There are many types of inverted pendulum system such as cart types and rotary types. In this thesis I built a cart type of inverted pendulum, called Rack & Pinion Inverted Pendulum System. In this thesis, I attempted to validate the efficiency of the Ni and LabVIEW tool to stabilize this type of inverted pendulum in the experiment test.
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